基于opengl汽车姿态监控和3d还原系统探究

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1、基于OpenGL汽车姿态监控和3D还原系统探摘要：本文从现有的汽车姿态研究状况出发，介绍了汽车姿态监控还原系统的背景、现状。给出了详细的硬件选取、组成以及软件的设计方案：包括传感器数据输入模块的设计，通过串口得到MEMS加速度传感器的实时数据的方法，如何采用OpenGL库还原出汽车的3D姿态，以及数据记录和图表的显示。提出了一种结构简单，实用的汽车姿态监控还原系统。关键词：汽车姿态，串口通信，MEMS加速度传感器，OpenGL1.背景现代的汽车设计制造已不仅仅满足于汽车的框架结构设计和行驶功能实现，转而向汽车电子、导航、以及车辆状态监控等方面进行探索，例如对车辆的机

2、械控制向电子控制的转变：汽车底盘控制（包括悬挂控制、转向控制、牵引力控制。在高档轿车上，关于这三方面的电子系统越来越多）,以及车辆的导航，即时故障推测等。在已有的车辆姿态测量系统中，车辆姿态测量仅仅以路面作为参考系，通过悬挂高度来确定车姿，不能反应车身实际的姿态，对提升驾驶舒适性的帮助有限。目前，汽车姿态的测量一般通过三轴加速度传感器以及三轴陀螺仪表示：陀螺仪由于其测量过程中机械转子容易漂移.系统累积误差难以消除，需要通过其他传感器不断作数值修正。另外还有采用六个或九个单轴线加速度传感器捷联解算出姿态角的，同样存在系统复杂.实时性差，成本高等缺点，其应用也受到了限制

3、。可见汽车姿态的测量不单是关键的一环，而且一直是难点。因此，针对这一领域的市场需求，提出了一种基于MEMS加速度传感器、电子罗盘的小车姿态监控及还原系统的软、硬件开发方案。1.硬件部分系统的硬件主要分为三个部分，即传感器部分（加速度传感器，电子罗盘）、数据采集转换部分（单片机），以及上位机系统。如图1所示。图1硬件部分示意图上图中，加速度传感器采用Freescale的A7261三轴MEMS加速度传感器，利用压电效应给出所受加速度的量值，量程最大为±10g。加速度传感器每秒发送10组加速度数据给模块后板，波特率为19200,后板收到数据后立即转发给主板。加速度传感器发

4、送的数据协议为：其中：0X580X590X5A为命令头，固定数值不变；X、Y、Z轴小数部分精度均为1/256G；校验和SUM为前面各个数值相加，结果取低8位。图2加速度传感器模块实物图（1P89LPC952单片机，2加速度传感器）同样，电子罗盘将模拟量信号传送给C51单片机，经由单片机转化后，所得的数字信号通过一定协议格式，由RS232串口传至作为上位机的电脑。1.软件部分3.1.理论基础车身姿态是反映车辆行驶状态的重要参数。近年来，随着汽车在人们生活中得到普及，在追求性能的同时，也对驾驶舒适度提出了更高的要求，因此国内外都迫切希望精确测量车辆车身姿态的方法。为简化

5、分析，将车辆所在空间划分为两个坐标参考系，分别是大地惯性参考系XOYOZO和车身平台坐标参考系XAYAZAo描述车辆运动姿态时用的坐标系如下图所示：图3描述车辆运动姿态的坐标系由于汽车一般是向前行驶的，所以以汽车向前行驶时XA与地面参考坐标系的X0方向是一致的。由图可知，车身姿态就可以用车身平台相对于大地惯性参考系角度的偏移量来描述。姿态角包括三个:横滚角kA——车身绕XA轴的转角（ZA与OXOZO平面的夹角)；俯仰角4)A——车身绕YA轴的转角(XA与OXOYO平面的夹角)；横摆角WA——车身绕ZA轴的转角(YA与OYOZO平面的夹角)。测量原理为：在每一时刻，三

6、轴加速度传感器都会输出一个相对车身平台坐标系的三维加速度测量数据，将其表示成向量。同时，车辆时刻受到地球固有的重力作用，表示成重力加速度向量，以其作为大地惯性参考系的Z轴。我们测量车身姿态主要就是测量与的相对偏移量。如图4所示：图4加速度的分解当汽车静止或匀速行驶时，容易得出车身相对于地面的姿态角：(3-1)当汽车匀速加速或减速运动时，相对于路面有一个纵向加速度；转向时相对路面有横向加速度，相对路面的合加速度向量。方案中没有将路面平台独立成一坐标系，因此须把映射成车身平台坐标系上的，再做处理。根据定义，便可得出车身姿态角：(3-2)整个计算过程建立在车轮没有大幅度滑

7、移的假设上，因此行车方向始终与车头垂直，航向角即为合加速度向量对车体平台坐标系x轴的偏离角度。3.2.软件编写本系统的软件由VC++编写，开发平台为VisualStudio2010,引入VC++6.0的MSC0MM控件进行串口通信的编程。系统程序采用MFC框架，多线程运行的方式，以分割主窗口的形式显示各个功能区。软件的流程图如图5。系统软件引入了基于OpenGL函数库的开源3DSReader程序，通过在初始化过程中，新建一个3DSReader类的对象,然后以Reader(char*f订ename,CTr让ist*_list)方式读取模型文件所在位置，通过该方法，